外存——SD卡/iNand芯片与S5PV210的SD/MMC/iNand控制器

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本文介绍了SD卡和inand芯片的接口，以及SD/MMC/iNand控制器相关的内容。

一、iNand芯片的结构与接口

1、MMC卡、SD卡、iNand的关联

最早出现的是MMC卡。它是卡片式结构，按照MMC协议设计。相较于原始NandFlash芯片来说，MMC卡有2个优势：第一是卡片化，便于拆装；第二是统一了协议接口，兼容性好。

后来出现了SD卡，它兼容MMC协议。SD卡较MMC有一些改进，比如写保护、速率、容量等。SD卡遵守SD协议，有多个版本，多个版本之间向前兼容。

iNand芯片是在SD卡的基础上发展起来，较SD卡的区别就是将SD卡芯片化，解决了卡的接触不良问题，便于设备迷你化。iNand芯片是Sandisk公司符合eMMC协议的一种芯片系列名称。

2、iNand的结构框图 

和NandFlash结构特性类似，iNand内部也是由存储系统和接口电路构成，不同之处在于接口电路功能不同。iNand的接口电路更复杂，功能更健全。

（1）提供eMMC接口协议，和SoC的eMMC接口控制器通信对接。

（2）提供块的ECC校验相关的逻辑，也就是说iNand本身自己完成存储系统的ECC功能，SoC使用iNand时不用写代码来进行ECC相关操作，大大简化了SoC的编程难度。

（3）iNand芯片内部使用MLC Nand颗粒，所以性价比很高。（NandFlash分2种：SLC和MLC，SLC更稳定，但是容量小价格高；MLC容易出错，但是容量大价格低）。

（4）iNand接口电路还提供了cache机制，所以inand的操作速度很快。

3、iNand的物理接口

S5PV210芯片本身支持4通道的 SD/MMC，但在X210开发板中，在SD/MMC0通道接了iNand芯片，而SD/MMC2接了SD卡，SD/MMC3也接了SD卡（有个卡槽而已，插不插卡另外说）。

对比iNand和SD卡接线，发现这两个接线几乎是一样的，唯一的区别就是SD卡IO线有4根，而iNand的IO线有8根。iNand 芯片其实就是芯片化的SD/MMC卡，因此它的软件操作与SD卡的软件操作几乎一样。我们分析的iNand芯片的操作代码，其实就是以前的SD卡的操作代码，某些细节区别就是为了区分各种不同版本的SD卡、iNand。

二、SD卡/iNand芯片 的软件操作

从上面的分析可知，操作iNand芯片和操作SD卡，几乎是一样的，所以这里混为一说。

1、硬件接口：DATA、CLK、CMD

（1）iNand芯片的IO线有8根，支持1、4、8线并行传输模式；SD卡IO线有4根，支持1、4线并行传输模式。

（2）CMD线用来传输命令，CLK线用来传输时钟信号。

（3）工作时，主机SoC通过CLK线传输时钟信号给SD卡/iNand芯片。这说明SD卡/iNand芯片是同步的，SD卡/iNand芯片的工作速率是由主机给它的CLK频率决定的。

2、“命令+响应”的操作模式

SD协议事先定义很多标准命令（CMD0、CMD1……），每个命令都有它的作用、使用条件和对应的响应。在一个命令周期中，主机先发送CMD给SD卡，接着SD卡解析这个命令并且执行这个命令，然后SD卡根据结果回发给主机SoC一个响应（有些命令不需要响应，这时SD卡不会给主机回发响应，主机也不用等待响应）。标准的“命令+响应”的周期中，主机发完一个命令后应该等待SD卡的响应而不是接着发下一条命令。

3、SD卡/iNand芯片的接口控制器

SD卡内部有一个接口控制器，类似于一个单片机，功能是通过CMD线接收外部主机SoC发给SD卡的命令码，然后执行这个命令并回发响应给主机SoC。这个单片机处理命令及回发响应遵循的就是SD协议。这个单片机同时可以控制SD卡内部的存储单元，可以读写存储单元。

4、SD卡/iNand芯片本身的寄存器

这里说的是SD卡内部的寄存器，而不是主机SoC内部的SD控制器的寄存器。

很多外置芯片内部都是有寄存器的，这些寄存器可以按照一定的规则访问，访问这些寄存器可以得知芯片的一些信息。

SD卡内部的寄存器，最重要的是RCA寄存器，即相对地址寄存器。我们在访问SD卡时，实际上SD卡内部每个存储单元的地址没有绝对数字，都是使用相对地址。相对地址由SD卡自己决定的，就存放在RCA寄存器中。

5、SoC的SD/MMC/iNand控制器简介

S5PV210的SD卡控制器在Section8.7部分。

不同的SoC可能在SD/MMC/iNand等支持方面有差异，但都通过内部提供SD控制器来支持。 

三、SD卡/iNand芯片代码实战分析

1、命令码CMD和ACMD

SD卡工作在“命令+响应”的模式下。SD协议的命令分2种：CMDx和ACMDx。CMD是单命令命令，就是单独发一个CMD即可表示一个意思。ACMD是一种扩展，就是发2个CMD加起来表示一个意思。可以认为ACMDx = CMDy+CMDz（y一般是55）

2、卡类型识别

MMC协议、SD协议、eMMC协议本身是一脉相承的，所以造成了一定的兼容性。连接到主机SoC上的可能是一个MMC卡，SD卡，或者iNand芯片。主机SoC需要识别这个卡的类型。

SoC如何区分卡的类型？因为不同卡的内部协议不同的，所以对命令的响应也不同。SoC通过发送一些命令，然后听取响应，就可以根据不同的响应判定卡的版本。

3、SD卡状态

SD卡内部的接口控制器类似于一个单片机，这个单片机其实是一个状态机。所以SD卡任何时候都处于某一种状态（空闲状态、准备好状态、读写状态、出错状态等等，这些状态都是事先定义好的），在这种状态下能够接受的命令是一定的（如果主机发过来的命令和当前状态不符，状态机就不会响应），接受到命令之后执行操作，然后根据操作结果会跳转为其他状态。

4、SD卡回复类型

一般来说，SD卡的工作模式是“命令+响应”，但也有极少数的SD卡命令是不需要回复的。

SD卡对命令的回复有R1、R7等8种类型，每种回复类型都有自己的解析规则。SD卡在特定状态下对特定命令回复哪种类型，都是SD协议事先规定好的，详细细节要查阅协议文档。

5、linux内核风格的寄存器定义

定义一个基地址，然后定义要访问的寄存器和基地址之间的偏移量，则寄存器的地址就等于基地址+偏移量。这里的代码中宏定义是不完整的，很多宏定义只能从字面意思来理解、对应，无法通过语法完全获得。这样写代码的好处是可以见名知意，就算代码不全都能读。

6、SD卡/iNand芯片相关的GPIO初始化

GPG0相关的GPIO初始化，参考LED部分的设置技术。

时钟设置参考裸机第六部分，设置时使用到了位操作技巧，参考C高级第二部分。

要求能够在两三分钟之内完全看懂这些代码涉及到的知识，要能够在数据手册、原理图中找到相对应的点，要能够瞬间明白代码中涉及到的C语言语法技巧，这样才叫融会贯通。

7、SD卡/iNand芯片的时钟设置

SD卡本身工作需要时钟，但是它又没有时钟发生单元，依靠主机SoC的控制器（通过SD接口中的CLK线）传一个时钟过来给SD卡内部使用。所以主机SD卡控制器先初始化好自己的时钟，然后将自己的时钟传给SD卡。

主机SoC刚开始和SD卡通信时，因为不清楚SD卡属于哪个版本（高版本和低版本的SD卡的读写速率不同，高版本的可以工作在低版本的速率下，低版本的SD卡不能工作在高版本速率下），所以先给SD卡发400KHz的低速率时钟，SD卡拿到这个时钟后就能工作了。然后主机SoC在与SD卡进一步通信时，会识别SD卡的版本号，然后再根据SD卡的版本进一步给它更合适的时钟。

8、命令发送函数解析

9、卡类型识别操作时序及代码分析

10、卡读写时序及代码分析

原文地址：https://blog.csdn.net/oqqHuTu12345678/article/details/135920664

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